一种石墨负极结构组合及其制备方法、锂电池电芯技术

本发明专利技术涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种石墨负极结构组合及其制备方法。一种石墨负极结构组合，包括负极结构和形成在所述负极结构上的表面修饰层，所述负极结构包括负极集流体和形成在所述负极集流体上的石墨负极层，所述负极集流体、石墨负极层和表面修饰层叠加设置，所述石墨负极层包括石墨活性材料，所述表面修饰层包括具有离子传导特性的锂化合物。表面修饰层作为稳定的人造的SEI膜能很好的减少充电循环过程中锂离子的损失，提高首次充放电的库伦效应，提高石墨负极层的比容量密度，同时表面修饰层能很好的阻止大分子基团随着锂离子嵌入到石墨负极层中，避免石墨剥离，维持负极结构的结构稳定性，使其具有稳定的导电性能。

Graphite negative electrode structure combination and preparation method thereof, lithium battery core

The invention relates to the technical field of lithium batteries, in particular to a graphite negative structure combination and a preparation method thereof. A combination of graphite negative electrode structure, including negative electrode structure and surface modification layer formed on the negative electrode structure, including negative electrode fluid and graphite negative layer formed on the negative electrode fluid, superimposed on the negative electrode fluid, graphite negative layer and surface modification layer, and the graphite negative electrode package. The surface modification layer comprises a lithium compound having ion conduction characteristics. The surface modification layer, as a stable artificial SEI film, can reduce the loss of lithium ion in the charging cycle, improve the Kulun effect of the first charge and discharge and increase the specific capacity density of the graphite negative electrode layer. At the same time, the surface modification layer can prevent the large molecular groups from embedding the lithium ion into the graphite negative electrode and avoiding the graphite. Peel off, maintain the structural stability of the negative pole structure, and make it have stable electrical conductivity.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨负极结构组合及其制备方法、锂电池电芯
本专利技术涉及锂电池
，尤其涉及一种石墨负极结构组合及其制备方法、锂电池电芯。
技术介绍
自1990年锂电池实现商业化以来，锂电池被广泛应用于3C、电动车和储能领域。负极材料作为锂电池的重要组成部分，直接影响着锂电池的比容量、能量密度、循环寿命和电池内阻。目前商业化锂电池负极活性材料为石墨，这主要是因为在电池充放电过程中，石墨负极的体积变化较小。此外锂电池在充放电过程中，石墨负极与电解质之间界面处会生成一层固态电解质膜(SEI膜)，SEI膜只允许锂离子通过。SEI膜的主要作用阻止大分子基团随锂离子嵌入到石墨负极中，避免石墨剥离，维持电池循环稳定性。但是SEI膜的形成会消耗部分锂离子，造成锂离子的损失，降低电池库伦效率，SEI膜的主要成分为含锂的化合物。SEI膜的好坏直接影响着电池不可逆容量损失、倍率性能、循环性能、石墨剥离以及电池安全性能等。目前的研究人员主要是通过电解液添加剂来促进SEI膜的稳定形成，Aurbach等人通过在1MLiAsF6/EC:DMC(1:1)中加入5％的VC，使得石墨/Li在60℃下所获得的实际容量可达334mAh/g，且经历20周循环后容量仍然高达324mAh/g，明显高于不含VC时的实际容量208mAh/g。但是在SEI膜生成过程中仍会有锂损失，造成首次库伦效率较低。因此如何形成稳定的SEI膜将是石墨基负极锂电池提高比容量和循环稳定性的关键问题。
技术实现思路
为克服目前石墨基负极锂电池能量密度低和循环稳定性差的问题，本专利技术提供一种循环稳定性好，比容量密度高的石墨负极结构组合及其制备方法。本专利技术为了解决上述技术问题，提供一技术方案：一种石墨负极结构组合，包括负极结构和形成在所述负极结构上的表面修饰层，所述负极结构包括负极集流体和形成在所述负极集流体上的石墨负极层，所述负极集流体、石墨负极层和表面修饰层叠加设置，所述石墨负极层包括石墨活性材料，所述表面修饰层包括具有离子传导特性的锂化合物。优选地，所述表面修饰层包括的具有离子传导特性的锂化合物为卤化锂(LiX，X＝F、Cl、Br、I)、氮化锂(Li3N)、磷化锂(Li3P)、Li2A(A＝O、S、Se等)、磷酸锂(Li3PO4)、碳酸锂(Li2CO3)、锂磷氧氮型固态电解质(LiPON)、铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)、石榴石型的Li7La3Zr2O12、或者Li7La3Zr2O12改性掺杂物中的任一种。优选地，所述表面修饰层的厚度为20-120nm。优选地，本专利技术为了解决上述技术，提供另一技术方案：一种石墨负极结构组合的制备方法，包括以下步骤：提供形成有石墨负极层的负极集流体，然后在石墨负极层上远离负极集流体一侧利用物理气相沉积法形成所述表面修饰层，所述表面修饰层包括具有离子传导特性的锂化合物。优选地，所述表面修饰层包括具有离子传导特性的锂化合物为卤化锂(LiX，X＝F、Cl、Br、I)、氮化锂(Li3N)、磷化锂(Li3P)、Li2A(A＝O、S、Se等)、磷酸锂(Li3PO4)、碳酸锂(Li2CO3)、锂磷氧氮固态电解质(LiPON)、铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)、石榴石型的Li7La3Zr2O12、或者Li7La3Zr2O12改性掺杂物中的任一种。优选地，所述利用物理气相沉积法在所述石墨负极层上形成表面修饰层的方法具体为磁控溅射法，所述磁控溅射法的步骤具体为：提供形成有石墨负极层的负极集流体作为基板；安装表面修饰层靶材；将腔体真空抽到5×10-4Pa以下；加热基片架的温度；调节气压、溅射功率、通入气体进行溅射。优选地，基片架温度为：50-120℃，调节气压为0.2-3Pa，溅射功率为：80-120W。优选地，当所述表面修饰层包括具有离子传导特性的锂化合物为锂磷氧氮固态电解质(LiPON)时，基片架温度为：50-120℃，溅射功率为：80-120W，气压为0.2-0.5Pa、通入的气体为氮气。本专利技术为了解决上述技术问题还提供另一技术方案：一种锂电池电芯，其包括上述所述的石墨负极结构组合。优选地，锂电池电芯还包括正极结构以及电解质，所述正极结构跟所述负极结构组合相对设置，所述电解质位于负极结构组合和正极结构之间，所述表面修饰层跟所述电解质接触。相对于现有技术，表面修饰层包括具有离子传导特性的锂化合物，使得表面修饰层能作为固态电解质薄膜层，具有很好的离子传导性能，保证导电离子在电解质和石墨负极层之间传导，保证导电性能。同时表面修饰层作为稳定的人造的SEI膜能很好的减少充电循环过程中锂离子的损失，提高首次充放电的库伦效应，提高石墨负极层的比容量密度，同时抑制负极结构与电解质接触界面之间的不良副反应发生，有效提高负极结构的结构稳定性。同时表面修饰层能很好的阻止大分子基团随着锂离子嵌入到石墨负极层中，避免石墨剥离，维持负极结构的结构稳定性，使其具有稳定的导电性能。所述表面修饰层的厚度为20-120nm既能很好的保证导电离子在电解质和石墨负极层之间传导，同时也能很好的对石墨负极层进行修饰，使得锂离子从石墨负极层中均匀嵌入和脱出，避免充放电过程中导电离子沉积的不均匀，造成锂枝晶的产生，从而影响石墨负极层的导电性能。通过磁控溅射法在所述石墨负极层之上形成表面修饰层，得到的表面修饰层比较均匀且致密性高，使得在反复高压充放电的过程中，仍能很好的维持表面修饰层的结构稳定性，避免表面修饰层产生缺陷，提高负极结构的稳定性能，提高其比容量密度和使用寿命。进一步地，当所述表面修饰层包括具有离子传导特性的锂化合物为锂磷氧氮固态电解质(LiPON)时，气压优选为0.2-0.5Pa，使得形成的表面修饰层的均匀性更好、致密性更高，使得在反复高压充放电的过程中，仍能很好的维持表面修饰层的结构稳定性，避免表面修饰层产生缺陷，提高负极结构的稳定性能，提高石墨负极层的比容量密度和使用寿命。为了解决上述技术问题，还提供了一种锂电池电芯，锂电池电芯包括石墨负极结构组合，所述负极结构组合包括表面修饰层，表面修饰层只允许导电锂离子通过，限制电解质中大分子基团进入石墨负极层中，避免石墨的剥离，维持负极结构的在充放电循坏过程中的稳定性。同时，形成的表面修饰层结构稳定，不会消耗锂离子，提高锂离子电芯充放电的库伦效应，提高比容量。进一步地，所述表面修饰层包括具有离子传导特性的锂化合物，使得导电离子很好的在电解质和石墨负极层之间传递，使得石墨负极层具有良好的导电性能，保证锂电池电芯的能量密度。【附图说明】图1是本专利技术中石墨负极结构组合的整体结构示意图；图2是本专利技术中所述表面修饰层形成在所述石墨负极层之上的流程图；图3是本专利技术中锂电池电芯的整体结构示意图。【具体实施方式】为了使本专利技术的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请参阅图1，一种石墨负极结构组合10，石墨负极结构组合10包括负极结构100和形成在所述负极结构100上的表面修饰层200。所述负极结构100包括负极集流体1001和形成在所述负极集流体1001上的石墨负极层1002。所述表面修饰层200形成在所述石本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨负极结构组合，其特征在于：包括负极结构和形成在所述负极结构上的表面修饰层，所述负极结构包括负极集流体和形成在所述负极集流体上的石墨负极层，所述负极集流体、石墨负极层和表面修饰层叠加设置，所述石墨负极层包括石墨活性材料，所述表面修饰层包括具有离子传导特性的锂化合物。

【技术特征摘要】
1.一种石墨负极结构组合，其特征在于：包括负极结构和形成在所述负极结构上的表面修饰层，所述负极结构包括负极集流体和形成在所述负极集流体上的石墨负极层，所述负极集流体、石墨负极层和表面修饰层叠加设置，所述石墨负极层包括石墨活性材料，所述表面修饰层包括具有离子传导特性的锂化合物。2.如权利要求1所述的石墨负极结构组合，其特征在于：所述表面修饰层包括的具有离子传导特性的锂化合物为卤化锂(LiX，X＝F、Cl、Br、I)、氮化锂(Li3N)、磷化锂(Li3P)、Li2A(A＝O、S、Se等)、磷酸锂(Li3PO4)、碳酸锂(Li2CO3)、锂磷氧氮固态电解质(LiPON)、铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)、石榴石型的Li7La3Zr2O12、或者Li7La3Zr2O12改性掺杂物中的任一种。3.如权利要求1所述的石墨负极结构组合，其特征在于：所述表面修饰层的厚度为20-120nm。4.一种锂电池电芯，其特征在于包括如权利要求1-3中任一项所述的石墨负极结构组合。5.如权利要求4所述的锂电池电芯，其特征在于：还包括正极结构以及电解质，所述正极结构跟所述负极结构组合相对设置，所述电解质位于负极结构组合和正极结构之间，所述表面修饰层跟所述电解质接触。6.一种石墨负极结构组合的制备方法，其特征在于包括以下步骤：提供形成有石墨负极层的负极集流体，然后在石墨负极层上远离负极集流体一侧利用物理气相沉积法...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓琨，宋世湃，
申请(专利权)人：成都亦道科技合伙企业有限合伙，
类型：发明
国别省市：四川,51